genetics and genome-guided personalized medicine in thailand › nac › 2013 › download ›...

03/04/56

1

สถานภาพแนวโนมเทคโลโลยจโนมในปจจบนและอนาคตหลงเปดประชาคมเศรษฐกจอาเซยน

Wasun Chantratita, Ph.D.Ramathibodi hospitalMahidol University

Science and

Technology“Genome Revolution

(1980)”

Feed Treat

&Control

1750 Industrialrevolution

03/04/56

2

Turning Points in History of Technology –

Neolithic (Agricultural) Revolution (10,000 years ago)Renaissance technologyBritish Agricultural Revolution

Industrial Revolution (hand labor to machine power/Steam engine: 1750 to 1850)Second Industrial RevolutionAtomic Age Jet AgeSpace AgeInformation AgeDigital RevolutionSocial Age

Genome Revolution (1980-Present)

03/04/56

3

• “Three Million Genomes Projects”- M & M & M Projects

• introduced by Dr Jun Wang, Executive Director of BGI, will consist of

1. “Million Plant and Animal Genomes Project,”

2. “Million Human Genomes Project” and

3. “Million Micro-Ecosystem Project.”

• They will provide a clear classification on the studied species, and advance the understanding of the species genome and the application of genome-based research for different objectives.

http://www.bgisequence.com/eu/newsandevents/news/bgi-unveils-significant-new-global-research-collaborations-at-th

BGI has already sequenced 38,123 human samples, so far.

China Is Engineering Genius Babies

• At BGI Shenzhen, scientists have collected DNA samples from 2,000 of the world’s smartest people and are sequencing their entire genomes in an attempt to identify the alleles which determine human intelligence.

• Apparently they’re not far from finding them, and when they do, embryo screening will allow parents to pick their brightest zygote and potentially bump up every generation's intelligence by five to 15 IQ points. Within a couple of generations, competing with the Chinese on an intellectual level will be like challenging Lena Dunham to a getting-naked-on-TV contest.

http://www.bbc.com/future/story/20130322-chinas-designs-for-genius-babies

03/04/56

4

The Association of Southeast Asian Nations

The ASEAN Economic Community (AEC) shall be the goal of regional economic integration by 2015. AEC envisages the following key characteristics: (a) a single market and production base, (b) a highly competitive economic region, (c) a region of equitable economic development, and (d) a region fully integrated into the global economy.

To create a competitive market of over 600 million people in Aseancountries: Brunei, Cambodia, Indonesia, Laos, Malaysia, Myanmar, the Philippines, Singapore, Thailand, and Vietnam.

How about Thailand and the rest in AEC.

03/04/56

5

1. หากรวยระดบโลกจะสนบสนนงานวจยดานสขภาพในประเทศไทยอยางไร: “โครงการจโนม”2. หากเปนนายกจะมนโยบายอยางไรกบงานวจยดานสขภาพในประเทศไทย: 1% ของ GDP =1.2 แสนลานบาท3. หากประเทศประสบภาวะวกฤตดานการเงนจะมนโยบายอยางไรกบงานวจยดานสขภาพในประเทศไทย: “โครงการจโนม”

Number of samples for Drug Resistance Monitoring 1999 - 2012

Sample 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

51 93 183 360 370 294 316 430 1834 3238 1396 1700 2795 3647

•Retrospective analysis using HIVdb: Genotypic Resistance Interpretation Algorithm, Stanford University (hivdb.stanford.edu/)

•used the IAS-USA 2011 mutations list (November 2011)

Total 16,720 samples

สปสช16,720 X 8,000 =133,760,000 baht

03/04/56

6

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

The following chart illustrates the prevalence and profile of NRTI resistance-associated mutations

K65R

Q151M

TAMS

M184V others

NRTI Results

11Retrospective analysis using HIVdb: Genotypic Resistance Interpretation Algorithm, Stanford University (hivdb.stanford.edu/)used the IAS-USA 2011 mutations list (November 2011)

The

pre

vale

nce

of

mu

tati

on

s (%

)

3TC (Lamivudine)

B.C 2550 = B 3,855,600,000B.C 2551 = B 4,325,966,000

B.C. 2552 =B 2,983,800,000

B.C. 2553 =B 2,770,000,000

B.C. 2554 =B 2,970,000,000

(Number of patients receiving ARVs = 153,214)

B.C. 2555 = B 2,940,000,000

(Number of patients receiving ARV = 157,600)

B.C. 2556 = B 3,599,000,000 baht

(Number of patients receiving ARVs = 181,000)

First line regimen =181,000X1,200X12= ฿2.6 Billion/$87 Million

Second line regimen =181,000X5,000X12= ฿10.8 Billion/$360 Million

Third line regimen =181,000X8,000X12= ฿ 17.3 billion/$576 Million

)

The National Health Security Office (NHSO) has set nearly B 3 billion/$ 100 M as a budget for HIV/AIDs care and treatment (2012) while planning to increase the budget to B3.5 billion/$ 114 M for next year (2013).

03/04/56

7

• กระทรวงวทยาศาสตรฯ เรงผลกดนการวจยและพฒนาดานวทยาศาสตรและเทคโนโลยของประเทศใหเปน 1% ของGDP (16/2/2013)

• กลมงานประชาสมพนธ ส านกงานปลดกระทรวงวทยาศาสตรและเทคโนโลย โทร.0 2333 3700 ตอ 3727-3732 โทรสาร 0 2333 3834 E-mail : [email protected]

• นายวรวจน เอออภญญกล รฐมนตรวาการกระทรวงวทยาศาสตรและเทคโนโลย เปนประธานเปดการประชมเชงปฏบตการ เรอง การบรณาการแผนปฏบตการส าหรบยทธศาสตรประเทศ (Country Strategy) ดงกลาวพรอมทงปาฐกถาเรอง “แนวทางการด าเนนงานบรณาการงานภายใตประเดนการวจยและพฒนาของยทธศาสตรประเทศ (Country Strategy)” เพอรวมกนระดมความคดเหนในการจดท าแผนปฏบตการส าหรบยทธศาสตรประเทศ เพอใหประเทศไทยหลดพนจากการเปนประเทศรายไดปานกลาง และผลกดนใหงบประมาณ ดานการวจยและพฒนาดานวทยาศาสตรและเทคโนโลยของประเทศใหเปน 1% ของ GDP ณ ศนยประชมอทยานวทยาศาสตรประเทศไทย ส านกงานพฒนาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงชาต จ.ปทมธาน เมอวนท 14 มกราคม 2556

นายวรวจน เอออภญญกล รฐมนตรวาการกระทรวงวทยาศาสตรและเทคโนโลย

1% ของ GDP หรอประมาณ 1.2 แสนลานบาท

กระทรวงวทยได 0.07% ของ GDP หรอประมาณ 8 พนลานบาท

http://media.thaigov.go.th/pageconfig/viewcontent/viewcontent1.asp?pageid=471&directory=1828&contents=70650

ปจจบนการลงทนดานการวจยและพฒนาทงภาครฐ+เอกชนอยท ประมาณ 0.24 % ของ GDP หรอประมาณ 2.8 หมนลานบาท

Time machine: 2013->1997

16 Years

03/04/56

8

2540/

1997

Thai Genomic Roadmap

The first meeting of

Thai genome projects,

drawing a road map

2541/

1998HyperCourse

On Bioinformatics

The first course of

bioinformatics

2542/

1999

Bact.

Genome

project

B. Pseudomallei

2545/

2002

Rice genomeproject

2545/

2002

Thai-SNP

2548/

2005

Pharma-cogeno-

mics

project

2549/

2007Genome Institute, BIOTEC

The Pan-Asian SNP

2554/

2011Personalized

medicine:

Genomic diagnosis &

clinical –grade interpretation

Timeline: Major Events in the Thai Genome Projects

A:C

Rama Research Team involved

Dec 2554/2011;

Completion of

the first draft of

the genome

sequence of the

normal healthy

Thai male

AEC

03/04/56

9

Mr. Suwit KhunkittiMinister of Information and Communication Technology

Priminister Thaksin Shinawat, andPriminister Junichiro Koizumi

ก าหนดยทธศาสตรกาวกระโดด (LEAP-FROG STRATEGY) ของ Thailand Life Science Innovation

03/04/56

10

พ.ศ. 2546

03/04/56

11

On June 18, 2004

The Thai government issued a royal decree establishing the Office

of Knowledge Management and Development, an umbrella of seven

independent organizations including the Thailand Centre of Excellence for Life Sciences (TCELS).

ศนยความเปนเลศดานชววทยาศาสตร (องคการมหาชน)ในก ากบดแลของกระทรวงวทยาศาสตร เทคโนโลย

หลงความส าเรจโครงการถอดล าดบขอมลทางพนธกรรมของมนษย (Human Genome Project) ในวนท 26 มถนายน 2543 นกวทยาศาสตรทวโลกทงภาครบและเอกชน ตางรบเรงน าความรจากโครงการดงกลาวมาคนควาเพมเตมเพอน าส

ประโยชนทเปนรปธรรม

ไมเพยงแตประเทศพฒนาแลวทางซกโลกตะวนตกทให ความส าคญกบการลงทนใน ธรกจแขนงใหมน แตประเทศก าลงพฒนาในเอเซย เชน จน อนเดย มาเลเซย สงคโปร และเวยดนาม ตางกเรงทมเทงบประมาณการลงทนในดานชววทยาศาสตร ดวยเลงเหนวาจะเปนการพฒนาเศรษฐกจของประเทศ

03/04/56

12

Whole genome/exome/amplicon

sequencing

(>1,000 Thais)

(3 Billion Bps)

GWAS (>3,000 Thais)

(500,000-1M SNPs)Genotyping of two CYPP450 genes: 2D6 and 2C19 (> 200 Thais)

HIV-1 genotyping & drug resistant interpretation (>10,000 Thais)

Pharmacogenomicsเภสชพนธศาสตร

ปรบชนดและขนาดของยาตามยน(2548/2005-Present)

Personalized Genomic Medicine (PGM) project

โครงการจโนมทางการแพทยเพอการรกษาเฉพาะบคคล(2554/2011-2560/2017)

03/04/56

13

Polymorphism (>1%, more common) :Pharmacogenomics

Genetics and Genome-Guided Personalized Medicine Projects (โครงการจโนมทางการแพทยเพอการรกษาเฉพาะบคคล)

(2013-2017) : Focusing onClinically actionable genomic markers (mutations and

polymorphisms) for “RICP”

Drug selection / Dosage adjustment

R=Rare

diseases

Treatment

Treatment

Treatment

Definition:Mutation (<1%, rare 1in 1,000) : Genomic medicine in Mendelian genetic disorders , Infectious diseases, and Cancer

Clinically genotypingClinically targeted (amplicon) sequencing

Clinical exome sequencingWhole genome sequencing

I=Infectious

diseases

C=Cancer

P=Pharmaco

-genomics

AIMS:

Using next generation real-time PCR, microarray, sequencing technologies, etc.

Center of Excellence in genomics data analysis and

interpretation for personalized medicine(ศนยความเปนเลศการวเคราะหและแปลความหมายขอมลจโนมเพอการรกษาเฉพาะบคคล)

Prediction/Prevention/ Early diagnosis/Treatment of

diseases/adverse drug reactions/drug resistances.And database and software suites.

OUTPUTCentre for personalized genome diagnostics (wet labs).

Center for personalized genome interpretation including Thai genome

databases (bioinformatics).

Patents on genome diagnostic assays and interpretation systems.Scientific publications,books, workshop, conference, media, etc,.

www.virusrama.org

Thai human genome project

03/04/56

14

The 1,000 (Anglo-Saxon) genome project

The 1,000 Chinese genome project

The 1,000 Korean genome project

The 1,000 Japanese genome project

will soon be available for public.

Do we need Thai genome project?

Tag SNPs (610K) from TCELS-Thai MOPH- PGx 6 projects

(2805 samples) –

THAI VS 4 populations

03/04/56

15

SOLiD 5500XL

>90 Gb

May 12 2011

SOLiD 5500XL

90 Gb:1 human genome at 30 x coverage(90,000,000,000/3,000,000,000=30).One run with a single ship will be needed for the re-sequencing of a human genome.

03/04/56

16

The number of SNPs overlapping between five genomes

Chinese

Korean

Yoruban

EuropeanEuropean

25 %

42 %

21 %

23 %

15 %

25 %

10 million SNPs in the human genome (All races).

3 million comon SNPs in the human genome.

1) Create a Genome Analysis workflow

For more patient DNA samples in the future.

03/04/56

17

QCpass

03/04/56

18






R=Rare

diseases

Treatment

Treatment

Treatment




I=Infectious

diseases

C=Cancer

AIMS:









Patents on genome diagnostic assays and interpretation systems.Scientific publications and books.

P=Pharmaco

-genomics

03/04/56

19

Pharmacogenomicsเภสชพนธศาสตร

03/04/56

20

Drug Selection / Dosage adjustment

• HIV-1 Drug resistant assay

• HLA genotyping

• SNP genotyping• Next generation sequencing

• CYP450 genotyping• Drug level monitoring

รางวลชนะเลศสดยอดนวตกรรมไทย 2554

03/04/56

21

Chromosome 6

Discovery:กลมยนกอใหเกดการแพยาตานไวรสเอดส

HIV-ADR All-in-OneHLA-B*1502 =>การแพยา Carbamazepine (ยากนชก)*HLA-B*5801 =>การแพยา Allopurinol (ยาลดกรดยรก)*HLA-B*5701 =>การแพยา Abacavir (ยาตานไวรสเอดส)*HLA-B*3505 =>การแพยา Nevirapine (ยาตานไวรสเอดส)CCHCR1 =>การแพยา Nevirapine (ยาตานไวรสเอดส)CYP2B6=> การแพยา Nevirapine & Efaviren (ยาตานไวรสเอดส)HLA-B*4001 =>การแพยา Stavudine/d4T (ยาตานไวรสเอดส)

ผปวยเมอมอาการแพยาจะหยดใชรยาตานไวรสหรอใชไมตอเนองเชอเกดการกลายพนธและดอตอยาตานไวรสในทสด*คนพบโดยนกวจยกลมอน

3Patents: วธการประเมนความเสยงผลขางเคยงจากการใชยาตานไวรสเอดสดวยการตรวจดเอนเอผปวยกอนใหยา

Lab-on-a-chip

Reagent kit

Social Impact: ลดการแพยาและลดเชอดอยา ประหยดการน าเขายาตานไวรสนบพนลานบาท

Innovation: ชคตรวจยน(เลยงการ)แพยาตานไวรสเอดส

Chromosome 19

International publications: >14

รางวลชนะเลศสดยอดนวตกรรมไทย 2554

03/04/56

22

• Pharmacogenomics and Personalized Medicine: all staffs and students

Genomics Lab Functional genomics and enzyme activity Lab

Apichaya Puangpetch, Ph.D.

Suntirat Prommas, Bsc.

Thawinee Jantararoungtong, MS.Siwalee Santon, Bsc.Narat Pititaweewat, MS.Montri Chamnanphon, MS.Napatruporn Koomdee, MS.

2 Ph.D. candidates

9 MS. Candidates

1 MD., Ph.D. candidate

Bench Bedside

Genotyping: SNP,CNV

Clinical interpretation End users

Laboratory technicians Pharmacogenomics

Pharmacist

Clinical pharmacist &Doctors

Drug levelLC-MS/MS

Real-time PCR

PCR & ddPCR

Patient

03/04/56

23

03/04/56

24

03/04/56

25

The first AEC/APEC

collaboration

towards genome

guided personalized medicine.

The Second AEC/APEC collaboration towards genome guided personalized medicine.

03/04/56

26






R=Rare

diseases

Treatment

Treatment

Treatment




I=Infectious

diseases

P=Pharmaco

-genomics

AIMS:










C=Cancer

Cancer

03/04/56

27

Midwest Genomics Consortium (MAGiC)

Japan, Thailand, China, Taiwan, Korea, and US (U of Chicago, Washington U)

03/04/56

28

http://www.uchospitals.edu/physicians/mark-ratain.html

Targeted therapy based on cancer genome information.

03/04/56

29






Treatment

Treatment

Treatment




I=Infectious

diseases

P=Pharmaco

-genomics

AIMS:










C=Cancer

R=Rare

diseases

Inherited diseasesโรคถายถอดทางพนธกรรม

03/04/56

30

“Pharmaceutical companies have long ignored rare diseases.

For most of them, the basic genomics studies haven’t even been carried out, leaving those suffering without candidate genes to even begin experiments on.

The 7000 rare diseases, less than five percent have FDA approved therapies.

Two privet sectors are behind the award making genomic sequencing and analysis to family affected by rare diseases.

The estimated 6,000 human Mendelian diseases, the cause of fewer

than half is known. But with the reduction in sequencing costs and time,

this stands to change.

Mendelian diseases — those that arise from a mutation in a single

gene. Although many Mendelian diseases are rare, they provide a

clear look at the function of a given gene in the body.

Mendelian and Rare diseases (1:1,000)

ATGGCGTGTGCGTGAGCGTGCGTGACCCAATACGTGCACAGTGCGGATGGCAGTCGTTGGCCCATGCGTGCTAACAGTGCGTGGGGCCACGTGGTTGGCCGACGGGGC

ATGGCGTGTGCGTGAGCGTGCGTGACCCAATGCGTGCACAGTGCGGATGGCAGTCGTTGGCCCATGCGTGCCCACAGTGCGTGGGGCCACGTGGTTGGCCGATGGGGC

Miss A : Gene X Miss B: Gene X

We need normal Thai whole human genome sequencing data for differentiation among the single-

base mutation , single-base polymorphism, and sequencing error.

03/04/56

31

www.virusrama.org

Whole genome/

Clincal Exome sequencing/Clinical Amplicon sequencing

2nd Generation Sequencers

>100 Mb>35 Mb

>90 GbHigh

Performance Computing

03/04/56

32

โรคทางพนธกรรม โรคตดเชอจากจลชพ อาท

โรคทกอใหเกดความสญเสยแบบฉบพลน ไดแก กลมโรคภาวะหวใจหยดเตน

เฉยบพลน (Sudden cardiac deaths) เชน โรคกลามเนอหวใจผดปกตจากพนธกรรม (cardiomyopathy) โรคพนธกรรมทกอใหเกดการเหนยวน าไฟฟาในหวใจผดปกตชนดตางๆ (genetic diseases of arrhythmia) กลมอาการทกอใหเกดเสนเลอดแขงตวตงแตกอนวยอนควร (premature atherosclerosis)

โรคทกอใหเกดความพการซ าซอน ไดแก กลมอาการจอประสาทตาเสอมจากพนธกรรม

(hereditary retinal dystrophy) ภาวะไตวายเรอรงทถายทอดทางพนธกรรม (hereditary kidney diseases) กลามเนอออนแรงจากพนธกรรม (muscular dystrophy) กลมอาการสมองเสอมทถายทอดทางพนธกรรม(Familial Alzheimer’s disease) หรอความผดปกตแตก าเนดใดๆกตามทเกดโรคซ าซอนในครอบครว

โรคทมอาการแยกจากโรคทางปจจยแวดลอมไดยาก ท าใหมการสญเสย

ทรพยากรทงก าลงบคคล เศรษฐกจ และเวลาในการวนจฉยและการทดลองรกษา (therapeutic trials) เชน กลมโรคไขเปนๆหายๆจากพนธกรรม (familial periodic fever) ซงมอาการซ าซอนกบโรคภมคมกนชนดตางๆ อาท adult Still’s disease หรอ rheumatoid arthritis หรอตวอยางโรคพนธกรรมทกอใหเกดการท าลายเมดเลอดขาวของตนเอง (Familial hemophagocytic lymphohistiocytosis) ซงมอาการเหมอนโรคตดเชอไวรสตางๆในเดกท าใหมการใชยาตานไวรสในปรมาณมากและสญเสยเวลาในการวนจฉย ซงโรคสามารถท าการรกษาดวยการเปลยนถายไขกระดกเปนตน

โรคตดเชอจลชพทมอาการรนแรงของการกอโรค (disease progression rate) หรอการตอบสนองตอการรกษา (treatment response) แตกตางกนอนนาจะมสาเหตทงจากพนธกรรมในระดบจโนมของจลชพเองและของโฮส (ผตด

เชอ) เขามามสวนเกยวของ

Wasun Chantratita, Ph.D.

03/04/56

33

Reference

My sample

Disease State or Response to Therapy

Ion Torrent

Roche 454 GS-Junior

2nd Generation Sequencers

SOLiD 5500XL

>100 Mb>35 Mb

>90 Gb

03/04/56

34

Antony van Leeuwenhoek

(1632-1723)

Single molecule real time sequencing

(2013)

3rd generation sequencing

2-3 bp/sec VS 780 bp/sec

Platform Illumina

MiSeq

Ion Torrent PGM Ion Proton 454 GS-

Junior

PacBio RS Illumina GAIIx Illumina HiSeq

2000

Instrument Cost* $128 K $80 K** $243K** $695 K $256 K $654 K

Sequence yield per run 1.5-2Gb 20-50 Mb on 314 chip,

100-200 Mb on 316 chip,

1Gb on 318 chip

Up to 10Gb (PI); 32-

64Gb(PII)

50 Mb 200 Mb 30Gb 600Gb

Sequencing cost per Gb* $502 $1000 (318 chip) $63(PI), $16 (PII) $ 400 $148 $41

Run Time 27 hours*** 2 hours 2 hours for 100bp 2 hours 10 days 11 days

Reported Accuracy Mostly>Q30 Mostly Q20 Mostly Q20 >Q40 consensus accuracy

(20x coverage)

Mostly>Q30 Mostly>Q30

Observed Raw Error Rate 0.80 % ~1% ~1% 12.86 % for raw read not

consensus

0.76 % 0.26 %

Read length up to 150 bases ~200 to 400 bases 200 bases Average 5000 bases****

(XL chemistry)

up to 150 bases up to 150 bases

Paired reads Yes Yes Yes Yes No Yes Yes

Insert size up to 700 bases up to 400 bases Up to 200 bases up to 10 kb; protocol to

generate 13kb also available

up to 700 bases up to 700 bases

Typical DNA requirements 50-1000 ng 10ng - 1μg

(depending on applications)

10ng - 1μg

(depending on

applications)

~1 μg 50-1000 ng 50-1000 ng

* All cost calculations are based on list price quotations obtained from the manufacturer and assume expected sequence yield stated.** System price including PGM or Proton, server, OneTouch and OneTouch ES.*** Includes two hours of cluster generation.**** Mean mapped read length includes adapter and reverse strand sequences. Subread lengths, i.e. the individual stretches of sequence originating from the sequenced fragment, are significantly shorter

03/04/56

35

Such long read lengths eliminate the difficulty of assembling fragments from regions of repetitive sequence in a genome, a problem that hobbles second generation technologies.

Though sequencing a human genome by 3rd Generation sequencer may still be a long way off. However, once the technology is fully developed, it will be capable of sequencing an entire human genome in about an hour with highest accuracy.

03/04/56

36

genetics and genome-guided personalized medicine in thailand › nac › 2013 › download ›...

Documents